(57)【要約】【課題】  トルクリップルやコギングトルクの位相のコントロールが可能な特性を重畳して相殺することにより、マグネットの極数２ｐと同次数の脈動成分のトルクリップルやコギングトルクを、限りなく０に近く低減した永久磁石式同期モータを得る。【解決手段】  円環状に形成され、巻き線４が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子１と、永久磁石７で励磁された２ｐ極（ｐは自然数）の磁極を有し、ステータの円環内に挿入される回転子６を備え、通電相をＮ相とするものにおいて、少なくとも１相、最大でＮ−１相において、各相を形成するティースの形状を、他の各相の形状と異なる形状とする。【選択図】    図１
2006311738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に形成され、巻き線が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子と、永久磁石で励磁された２ｐ極（ｐは自然数）磁極を有し、ステータの円環内に挿入される回転子を備え、通電相をＮ相とする永久磁石式同期モータにおいて、少なくとも１相、最大でＮ−１相において、該各相を形成するティースの形状を、他の各相の形状と異なる形状としたことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
【請求項２】
円環状に形成され、巻き線が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子と、永久磁石で励磁された２ｐ極（ｐは自然数）磁極を有し、ステータの円環内に挿入される回転子を備え、通電相をＮ相とする永久磁石式同期モータにおいて、少なくとも１相、最大でＮ−１相の、電流の流れる向きが右回り相のティースの形状を、左回り相のティース形状と異なる形状としたことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
【請求項３】
各相を形成するティースの胴部幅を、他の相よりも小さくあるいは大きくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式同期モータ。
【請求項４】
各相を形成するティースの先端厚みを、他の相よりも厚くあるいは薄くしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式同期モータ。
【請求項５】
各相を形成するティースの先端幅を、他の相よりも広くあるいは狭くしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式同期モータ。
【請求項６】
各相を形成するティースの長さを、他の相よりも小さくあるいは大きくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式同期モータ。
【請求項７】
各相を形成するティース中心とティース中心間の角度間隔を、ある相あるいはある相の、電流が流れる向きが右回り相あるいは左回り相の一部において、他の相と異なる角度間隔としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式同期モータ。
【請求項８】
円環状に形成され、巻き線が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子と、２ｐ極（ｐは自然数）の永久磁石を有し、ステータの円環内に挿入される回転子を備え、通電相をＮ相とする永久磁石式同期モータにおいて、少なくとも１相、最大でＮ−１相のティースにおいて、他の相には形成しないかしめを形成したことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
【請求項９】
円環状に形成され、巻き線が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子と、２ｐ極（ｐは自然数）の永久磁石を有し、ステータの円環内に挿入される回転子を備え、通電相をＮ相とする永久磁石式同期モータにおいて、少なくとも１相、最大でＮ−１相の電流の流れる向きが右回り相の一部のティースあるいは左回り相の一部のティースにおいて、他の相には形成しないかしめを形成したことを特徴とする永久磁石式同期モータ。
【請求項１０】
円環状に形成され、巻き線が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子と、永久磁石で励磁された２ｐ極（ｐは自然数）の磁極を有し、ステータの円環内に挿入される回転子を備え、通電相をＮ相とする永久磁石式同期モータの製造方法であって、
固定子コアが対称形状のティースを有すると共に、他の製造条件が最終仕様と同一であるモータに対し、これが発生するコギングトルクあるいはトルクリップルを、基準位置をもとにした位相情報ならびに振幅情報として測定するステップと、
発生するコギングトルクあるいはトルクリップルに対し、振幅がほぼ同等で、位相が逆相となるコギングトルクあるいはトルクリップルを発生させるよう、少なくとも１相、最大でＮ−１相におけるティースの形状が、他相のティース形状と異なる固定子コア製造工程を形成するステップと、
前記固定子コア製造工程を用いてモータを製造するステップと、
を備えたことを特徴とする永久磁石式同期モータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石式同期モータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インナーロータ型永久磁石式同期モータにおいて、コギングトルクは、巻き線無通電時に、外部駆動にてロータ磁石(回転子)を回転したときに、ステータコア(固定子鉄心)のティースとの間で発生する、トルクの脈動成分であり、トルクリップルは、巻き線に通電して駆動した場合に、同様にステータコアとティースの間で発生するトルク脈動である。
理論上は、ロータ磁石の磁極数２ｐとステータコアのティース(スロット)数Ｚの最小公倍数の次数のみが現れる(非特許文献１参照)。しかしながら、この理論は、ロータ(主として磁石)や、ステータコアにおいて、形状や材料特性が、それぞれ均一であり、極数やスロット数に対して、完全に対称に製造されている場合に限られる。
しかしながら、実機、特に量産の現場においては、これらの極数、スロット数の対称性がくずれることで、最小公倍数の次数よりも低次のコギングトルクやトルクリップル成分が大きな振幅で現れることが多い。このトルクリップルの増大は、エレベータ用巻上機モータにおいては、エレベータの乗り心地の劣化を引き起こしたり、サーボモータにおいては、速度一定制御に問題を引き起こしたりする。また、コギングトルクの増大は、位置決め精度の劣化を引き起こしたり、自動車用パワーステアリング用モータにおいては、操舵フィーリングの劣化を引き起こしたりして、製品の性能を大きく左右する。
ここで、トルクの発生原理に立ち返り、トルクの脈動成分が発生するメカニズムを説明する。トルクは、磁束密度に関係し、磁束が通りやすい場合にはトルクが大きくなる。磁束の通りやすさは、パーミアンス(磁気抵抗の逆数)と呼ばれ、この２乗に比例してトルクは発生する。従って、パーミアンスが変動すれば、トルクリップルやコギングトルクとなる。
磁束の発生源である磁石に、不均一な分布があり、極数と一致しない対称性がある場合には、これをステータ側が感じて、スロット数に一致する次数とその高次成分の脈動が現れる。高次成分は不均一成分が必ずしも正弦波的変化をしないことによる高調波成分である。
主たる磁束は、磁石から空気を得て、ステータコアのティースからバックヨーク部分を通って磁石に戻るため、通り道の材質は２つに分けられる。ひとつは、ロータとステータ間に存在する空気であり、もうひとつは、コア(鉄心)を構成する磁性体である。近年は磁性体に、電磁鋼板の積層したものを使用することが多くなったので、多くは電磁鋼板の磁気特性が問題となる。主たる磁束の流れに不均一な分布があり、スロット数と一致しない対称性がある場合には、これをロータ側が感じて、極数に一致する次数とその高次成分の脈動が現れる。
磁束の通り道において、空気中においては、磁気の通りやすさを示す透磁率μは、一定であるので、空気中の磁束量は、ギャップ(空隙)の長さの変化によって現れる。ロータ磁石とステータティースを回る主磁束が影響を受ける物理量には大きく分けて２つあり、ひとつは、ロータ磁石外径とステータティース間の最短距離を示すギャップ(エアーギャップと呼ぶ)であり、もうひとつは隣り合うステータティース間のギャップ(一般的に開口幅と呼ばれる)である。
また、巻き線工程を容易にするため、ステータコアを略円形の一体コアで製造するのではなく、ティース間でコアが一部、あるいは全部が分割される方式を採用する場合には、分割された部位を接合した際に、微小隙間が存在することになり、隙間ギャップとなる。
また、一部が分割されて巻き線後に接合される場合には、接合の工程の都合上、この部分の形状をほかの部分と異なる構造とする場合があり、構造的な不均一性が生じる。
次に、電磁鋼板などの磁性体により製作されたコア中の透磁率は、さまざまな要因により、個体差を生じるとともに、同一個体内において、不均一な分布を生じることが多い。同一個体内での差異を生じる要因のひとつとして、例えば電磁鋼板の圧延方向と直角方向で磁気的な特性が異なるため(磁気異方性と呼ぶ)、コア形状を打ち抜く方法によって、コアの特定の部分で、透磁率が異なる場合がある。また電磁鋼板を、金型の刃で打ち抜く際に、刃によって加えられた力によって、ティース端面の透磁率が劣化したり、積層を固定するための凹凸部(かしめと呼ぶ)の嵌め込み工程によって、かしめとその周辺の透磁率が劣化したりする。
さらに、回転するロータとステータの間に発生するトルク力によりステータが変位しないよう、ステータコア外周にフレームを装着し、軸受けを支持するブラケットと固定する製造工程を行う場合が多いが、フレームがステータコア外周に与えられた力が、磁束があまり通らないステータコアの外周近傍だけでなく、主たる通り道であるティース付近にも影響を及ぼし、主磁束の通り道である電磁鋼板の磁気特性を劣化させたり、ティースの変位を引き起こし、ステータコアの内径形状を変化させたりしてしまう場合がある。
ギャップや磁気特性が、理想的に極数、スロット数に対して均一に製造されれば、低次数のコギングトルクは発生される。
以上のように、スロット数Ｚに一致する次数のトルクリップルやコギングトルクは、磁石側の不均一性によって発生し、極数２ｐに一致する次数のトルクリップルやコギングトルクは、エアーギャップの不均一性、開口幅の不均一性、隙間ギャップの不均一性、電磁鋼板の磁気異方性に関わる磁気特性の分布、打ち抜きやかしめ、フレームの応力により、透磁率が部分的に劣化して発生する磁気特性分布、さらに分割コアの隙間ギャップの不均一分布や、接合部の構造的な不均一性など、さまざまな要因によって、発生する。
これらの要因は、量産性向上のため製造方法、あるいは製造工程における工作精度の限界によって、現実のモータにおいて必ず発生するものである。
【０００３】
こういった製造工程に着目して、トルクリップルやコギングトルクを低減する試みはこれまでに見られる。例えばエアーギャップの均一性を得るため、フレームにステータを圧入する際に、コア外周から内周にかけて、均等に圧力をかけて固定することにより、内径真円度を確保する対策を提案している（例えば、特許文献１参照）。
また、磁気異方性の方向をティースの中心角とずらすことで、磁気異方性によるトルクリップルやコギングトルクを低減しようとしている（例えば、特許文献２参照）。
また、フレームの肉厚をできるだけ均一に保つことでフレームからステータに与えられる力を均一に保ち、ステータの内径形状が不均一に変化することを防止することで、トルクリップルやコギングトルクの増大を防止しようとしている（例えば、特許文献３参照）。
また、かしめによる影響を考慮して、かしめ数を限定する対策が提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。
また、継目部が略等間隔で周方向に配置されるように積層することにより、継目部による磁束の不均一性を解消しようとしている（例えば、特許文献６参照）。
また、積層コアの終端部を、永久磁石の内周面に近い第１部分と内周面から遠い第２部分とを有して非対称形状をなすように形成することで、コギングトルクあるいはトルクリップルを抑制しようとしている（例えば、特許文献７参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１８４２９号公報
【特許文献２】特開平９−２３６８７号公報
【特許文献３】特開２００１−９５１９９号公報
【特許文献４】特開２００１−２５８２２５号公報
【特許文献５】特開２００２−２７２０７４号公報
【特許文献６】実開平６−５２３４６号公報
【特許文献７】特開平９−１０３０６２号公報
【非特許文献１】大穀晃裕、他７名、「外部応力印加時のＰＭモータのコギングトルクに関する実験検討」、電気学会回転機研究会資料  ＲＭ−０３−１５２（２００３）、ｐ１３−１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記先行技術のように、１つの特性にのみ着目した対策をとるだけでは、トルクリップルやコギングトルクを十分低減できない。特に、量産で生産される現実のモータにおいては、工作精度を考慮せずして、トルクリップルやコギングトルクを限りなく０にすることは困難である。
また、制御によってコギングトルクやトルクリップルを抑制する場合、モータの保有するコギングトルクやトルクリップルの情報を制御装置のメモリに格納し、これを利用する必要があるため、装置構成ないし製造管理が複雑になるなどの問題がある。
したがって、モータの工作誤差によって生じるトルクリップルやコギングトルクを定量化し、モータ単体においてこれを低減する技術が求められる。
永久磁石式同期モータにおいて、マグネットの極数２ｐと同数のトルクリップルやコギングトルクの原因については、空隙部の不均一性、磁気特性の不均一性など、様々な要因の、複合的な重畳によって、発生する。この場合、それぞれの要因を分離して正しく見積もり、個々を低減するための補正用対策を講じることで、対応していく必要があった。しかしながら、量産現場において、短期製品開発を行う場合に、これら様々な要因を個別に追求し、個々に対策を講じるのは、時間、労力、費用がかかるとともに、技術的に非常に難しいものであった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、トルクリップルやコギングトルクの複合された個々の要因を追及分離し、個々に対策を講じる必要なく、マグネットの極数２ｐと同次数の脈動成分のトルクリップルやコギングトルクを、限りなく０に近く低減した永久磁石式同期モータおよびその製造方法を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る永久磁石式同期モータにおいては、円環状に形成され、巻き線が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子と、永久磁石で励磁された２ｐ極（ｐは自然数）の磁極を有し、ステータの円環内に挿入される回転子を備え、通電相をＮ相とするものにおいて、少なくとも１相、最大でＮ−１相において、各相を形成するティースの形状を、他の各相の形状と異なる形状としたものである。
【０００８】
また、少なくとも１相、最大でＮ−１相のティースにおいて、他の相には形成しないかしめを形成したものである。
【０００９】
また、この発明に係る永久磁石式同期モータの製造方法においては、固定子コアが対称形状のティースを有すると共に、他の製造条件が最終仕様と同一であるモータに対し、これが発生するコギングトルクあるいはトルクリップルを、基準位置をもとにした位相情報ならびに振幅情報として測定するステップと、発生するコギングトルクあるいはトルクリップルに対し、振幅がほぼ同等で、位相が逆相となるコギングトルクあるいはトルクリップルを発生させるよう、少なくとも１相、最大でＮ−１相におけるティースの形状が、他相のティース形状と異なる固定子コア製造工程を形成するステップと、固定子コア製造工程を用いてモータを製造するステップとを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、例えば３相モータであれば、ＵＶＷ相のうち、１相あるいは２相のみのコア形状を変更するようにしたので、構造上、あるいは製造工程において発生する、ステータの不均一性に起因するコギングトルクを、通電相数に対して非対称なコア形状にすることにより発生するコギングトルクあるいはトルクリップルで打ち消して、全体のコギングトルクを低減させた永久磁石式同期モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明は、円環状に形成され、巻き線（コイル）が配設されたＺ個（Ｚは自然数）のティースを有する固定子と、２ｐ極（ｐは自然数）の永久磁石を有し、固定子の円環内に挿入される回転子を備えたものである。具体的には、焼きばめやモールド工程の場合には、フレームの外形が円環ではなく、略四角形など厚み分布がある形状のフレームを利用してもよい。
フレームを装着するまでの工程において、固定子の個々のティースに識別できるマーキングを１箇所以上に記し、基準位置とする。分割コアであって接合した継目部がある場合には、継目部を基準位置としてよい。
試作段階において、ティース数分の対称形状をもつ通常の固定子コアを複数、製作し、コギングトルクあるいはトルクリップルを測定して、発生状態を、基準位置をもとにした位相情報と、振幅情報に分離して把握しておく。
発生するコギングトルクあるいはトルクリップルに対し、ほぼ振幅が同等で、位相が逆相となるコギングトルクあるいはトルクリップルを発生させるよう、例えば３相モータであれば、ＵＶＷ相のうち、１相あるいは２相のみのコア形状を変更することを特徴とする。
これにより、構造上、あるいは製造工程において発生する、固定子の不均一性に起因するコギングトルクを、通電相数に対して非対称なコア形状にすることにより発生するコギングトルクあるいはトルクリップルで打ち消して、全体のコギングトルクを低減させた永久磁石式同期モータおよびその方法を得ることができる。
【００１２】
実施の形態１.
図１はこの発明を実施するための実施の形態１における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの固定子の関節型鉄心を示す説明図である。図１において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。
関節型コア１は、図２に示すように、コアを直線上に開いた状態で巻き線を行うことにより、巻き線工程の自動化を容易にし、整列巻き線を可能とするもので、巻き線工程の量産性を向上させ、かつ巻き線の性能を向上させるためのものである。
巻き線を完了した後、コアを円形に閉じ、端部を溶接して固定子を形成する。図１中、２は固定子コア１の継目を示し、３は固定子コア１の関節を形成するためのかしめダボ、４は固定子コア１の各ティース１ａに施された巻き線である。この巻き線４は、図１に示すように、磁極集中巻きで、継目位置を基準位置とし、順次右回りにＵＶＷ相を形成していく。
回転子は、シャフト５に嵌めた回転子コア６の表面に８極(極対数４)に着磁したリング状の永久磁石７を貼り付けて構成する。
フレームは、この例では図示しないが、回転子シャフト５に垂直なフレームの断面形状として、外形、内形ともに円形が予定されたものである（以下、円形フレームと称する）。
この実施の形態１においては、Ｖ相のティース４本のティース胴部幅を、Ｕ相Ｖ相に比べて、約３０％小さくしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。
【００１３】
次に、上記ティース形状の非対称性を設けた過程について説明する。
図３は、開発段階で試作した従来例の永久磁石式同期モータの固定子を示している。図３においては、ティース(スロット)形状は、１２回対称であり、ＵＶＷ相において、同等の形状となっている。図３に示した試作機３台について、負荷量±１００％におけるトルクリップルとコギングトルクを測定した。その結果、３台の測定結果が、電気角１周期に８山、すなわち極対数の２倍の脈動をもつ成分が支配的となり、これらの振幅が、トルクリップルで定格トルクの２．０％±０．１５％、コギングトルクで１．５％±0．１％となった。また、極対数の２倍の脈動をもつ成分のみを抽出した場合の脈動の位相が、基準位置に対して、それぞれ１５０度±３０度となった。
振幅で２．０％のトルクリップルと、１．５％のコギングトルクは、製品としては大きく、１．０％以下に低減する必要がある。
極対数の２倍の成分で現れるこれらのトルク脈動について、原因を調査した結果、継目部で、他の関節部と構造が異なることにより、発生していることが判明した。しかしながら、関節型コアによる製造方法については、巻き線工程と性能を格段に向上させるものであり、継目部の構造が異なることによる、極対数２倍成分のトルク脈動は、本来の原因の改善により、低減することができないことがわかった。
そこで、試作機３台において、トルク脈動の位相が１５０度付近となっていることに着目し、ティース形状をＵＶＷ相において、非対称形状としたときに発生するトルク脈動を、電磁界解析にて検討したところ、Ｖ相４本のみのティース幅を、約３０％、ほかよりも狭くすると、試作機で発生しているのと同程度の振幅をもち、位相が、１８０度ずれた３３０度となるトルク脈動が発生することがわかった。
極対数の２倍で現れるトルク脈動においては、個別要因にて発生するトルク脈動を重畳することが可能であることが、発明者らの検討によりわかっているので、継目部の構造差により発生する、避けられない要因のトルク脈動を、ＵＶＷ相のティース形状に非対称性を持たせることにより、相殺することが可能となる。
以上の経緯により、図１に示すティース形状をＶ相においてのみ変更した固定子コアを製作し、トルクリップルとコギングトルクを測定したところ、振幅でトルクリップルが０．５％、コギングトルクが０．１％となり、トルク脈動を低減することができる。
ただし、従来例に対し、１相のティース幅を細くしているので、ティース内を通る磁束量は従来例よりも若干少なくなり、平均トルクが下がるが、仕様範囲内の低下であるので製品として問題ない。また、平均トルクについては、回転子側の磁石の強度を上げたり、鉄心材料を磁束の通りやすいものに変えるなど、ほかの対応策で補うことが可能である。
以上のように、本来ＵＶＷ相に対して、対称にティース形状を形成すべきところを、あえて非対称にすることにより、構造上、発生が避けられないトルクリップルやコギングトルクを低減することができた。
【００１４】
この実施の形態１においては、Ｗ相においてのみ、コア形状を変更したが、この発明は非対称にする相および相数を制限するものではなく、試作機の状態によっては、Ｕ相あるいはＶ相、また必要に応じてＵＶ相、ＶＷ相のように２相にわたって形状を変更しても構わない。
また、実施の形態１においては、ティース幅を変更することにより、トルク脈動の低減を図ったが、この発明は、コア形状において、変更する部位を制限するものではなく、他の部位、例えば、回転子に向かい合う面の形状、ティース先端の厚み、ティース両端幅、すなわちスロット開口幅などで、同様のＵＶＷ相の非対称性を形成してもよく、またティースの左右で非対称性を形成しても構わない。
ただし、形状を変更する部位に関しては、回転子に面するティース先端形状や、ティース間スロット開口幅は、磁束の主たる通り道であり、本来はトルク脈動に影響の大きい部位において形状を変更するのが望ましいが、製造誤差との大小関係で、形状のコントロールが困難な場合には、トルク脈動に影響の小さい部位を、変化量を大きくして変更することも効果的である。
また、実施の形態１においては、関節型コアに特有の構造に起因するトルク脈動を、相間の非対称形状によって相殺したが、丸抜き一体コアにおいても、例えば、電磁鋼板の圧延方向と直角方向での磁気特性の違いにより発生する、極対数の２倍で現れる成分のトルク脈動を、相間の非対称形状によって相殺しても構わない。
また、実施の形態１においては、フレームを、外形が円形のものを使用したため、フレームに起因する極対数２倍の成分のトルク脈動が現れなかったが、フレームの外形が四角形のような、厚みに分布があり、フレーム形成後に固定子コアに応力分布や変形を及ぼし、その結果、極対数２倍の成分のトルク脈動が現れるような場合においては、これらを考慮して、相間の非対称形状を形成しても構わない。
【００１５】
実施の形態２．
図４はこの発明を実施するための実施の形態２における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図４において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は８極（極対数４）である。
フレームは、この例では図示しないが、回転子シャフト５に垂直なフレームの断面形状として、外形、内形ともに円形が予定されたものである（以下、円形フレームと称する）。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
この実施の形態２においては、Ｖ相のティース４本のうち２本のティース胴部幅を、Ｕ相、Ｖ相に比べて、約３０％小さくしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。
トルクリップルとコギングトルクの低減効果は、振幅でトルクリップルが１．０％、コギングトルクが０．３％となり、実施の形態１よりも低減量が小さいが、必要仕様範囲内に納まっているので製品としてのトルク脈動は問題ない。加えて、実施の形態１に比べ、細くしたティースの本数を減らしたことにより、ティース内を通る磁束量が実施の形態１よりも増加するので、平均トルクが実施の形態１よりも大きくなるという効果が得られる。
ティース４本のティース胴部を実施の形態１の変化量よりも少なくして細くしても、同等の低減効果が得られるが、中小型モータで、基準となるティース幅からの変化量が小さく、製造公差と同程度になるような場合には、製造誤差の影響を受けやすくなり、ばらつきの原因となるため、本数を減らすことで、調整する。
また、巻き線の結線の方法によっては、トルク脈動の低減効果に加え、騒音、振動に対する低減効果がより大きく現れる場合もある。
このように、ＵＶＷ相のティース形状に非対称性を持たせて、トルク脈動を低減する場合、低減量の調整を行うには、形状変更する相の、すべてのティースについて形状を変更するよりも、ティースの本数で調整する方が、効果的な場合がある。
【００１６】
実施の形態３．
図５はこの発明を実施するための実施の形態３における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図５において、固定子コア１は、継目なしの略円形のまま、等方性電磁鋼板から打ち抜く一体コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成したコアを積層して構成されている。回転子は８極（極対数４）である。
フレームは、この例では図示しないが、回転子シャフト５に垂直なフレームの断面形状として、外形、内形ともに円形が予定されたものである（以下、円形フレームと称する）。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
図５中、８は打ち抜き時の電磁鋼板の圧延方向を示している。一般に、等方性電磁鋼板でも、圧延方向とその垂直方向で、磁束の通りやすさが異なることが知られており、略円形で電磁鋼板より打ち抜く場合には、圧延方向と垂直方向の磁束の通りやすさの違いによる磁気的な非対称性による、トルク脈動が発生する。
この実施の形態３においては、磁気的な非対称性によるトルク脈動を相殺するように、Ｖ相のティース４本のティース胴部幅を、Ｕ相、Ｗ相に比べて、小さくしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。
【００１７】
実施の形態４．
図６はこの発明を実施するための実施の形態４における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図６において、固定子コア１は、継目なしの略円形のまま、等方性電磁鋼板から打ち抜く一体コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成したコアを積層して構成されている。回転子は８極（極対数４）である。
フレームは、回転子シャフト５に垂直なフレームの断面形状として、内形は円形であるが、外形は四角形（略正方形）が予定されたものである（以下、方形フレームと称する）。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
フレームに固定子を装着する工程は、焼きばめによって行うが、その際、固定子コアにはフレームから応力を受け、最終的に固定子コアの内径に変位を発生させるとともに、部分的な残留応力が発生する。残留応力の分布は、コア鋼板の磁気特性の劣化分布を引き起こし、トルク脈動の原因となる。円形フレームの場合は、各ティースが受ける変化はほぼ均等に生じるが、方形フレームの場合は、フレームの厚みが厚い部分と薄い部分で、コアに与える応力が異なるため、１２個のティースのうち、変化が大きい部分と小さい部分の非対称性が生じる。
この実施の形態４においては、実施の形態３で述べた鋼板の圧延方向による磁気的な非対称性に加えて、フレームの応力により発生する非対称性を相殺するように、Ｖ相のティース４本のティース胴部幅を、Ｕ相、Ｗ相に比べて、小さくしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。
【００１８】
実施の形態５．
図７はこの発明を実施するための実施の形態５における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図７において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は８極（極対数４）である。
フレームは、この例では図示しないが、円形フレームとする。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
この実施の形態５においては、Ｕ相とＷ相のティース８本の先端厚みを、Ｖ相に比べて、厚くしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。ティースの胴部、磁束の主たる通り道であり、ティースの胴部幅の変化は、敏感にトルク脈動に効いてくる。そのため、中小型モータで、胴部幅の変化量が、製造誤差と同程度になるような場合には、胴部幅ではなく、ティース先端の厚みを変化させている。実際は、ティースの先端の回転子と反対側の厚みが増えることになるが、ティース胴部幅の場合よりも大きな寸法変化で、同等のトルク脈動低減効果を得ることができる。すなわち、製造誤差の影響を小さくできる。
【００１９】
実施の形態６．
図８はこの発明を実施するための実施の形態６における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図８において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は８極（極対数４）である。
フレームは、この例では図示しないが、円形フレームとする。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
この実施の形態６においては、Ｖ相のティース４本の先端幅を、Ｕ相Ｗ相に比べて、細くしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。ティース先端の幅を変化させるということは、ティース間の空隙部、すなわちスロット開口幅を変化させることになる。スロット開口幅は、磁束の主たる通り道であるので、寸法の変化量に対するトルク脈動の感度は大きい。大型モータにおいて効果的である。
【００２０】
実施の形態７．
図９はこの発明を実施するための実施の形態７における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図９において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は８極（極対数４）である。
フレームは、この例では図示しないが、円形フレームとする。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
この実施の形態７においては、ＶＶ間のティース４本の長さを、ＵＵ間ＷＷ間に比べて、短くしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。ティースの長さを変化させるということは、ティース先端部と回転子磁石との間の空隙部、すなわちギャップ長を変化させることになる。ギャップは、磁束の主たる通り道であるので、寸法の変化量に対するトルク脈動の感度は大きい。大型モータにおいて効果的である。
【００２１】
実施の形態８．
図１０はこの発明を実施するための実施の形態８における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図１０において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は８極（極対数４）である。
フレームは、この例では図示しないが、円形フレームとする。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
この実施の形態８においては、Ｖ相のティース４本の角度位置を、Ｕ相Ｗ相に比べてずらした位置にくるように設けてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けている。ティースの回転方向のピッチを変化させるということは、ティース内部の磁束長と、ティースと回転子磁束の間の空隙(スロット開口部とギャップ)の両方を変化させることになる。ＵＶＷ相を対称に製造した場合に発生するトルク脈動が顕著に大きいときに効果的である。
【００２２】
実施の形態９．
図１１はこの発明を実施するための実施の形態９における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図１１において、固定子コア１は、関節型コアであり、１８個のティース１ａと１８個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は１６極（極対数８）である。
フレームは、この例では図示しないが、円形フレームとする。
巻き線４は、継目位置より左回りに、Ｕ、Ｕ、Ｖ、Ｖ、Ｖ、Ｗ、Ｗ、Ｗとなるようにしてある。ここで、Ｕ、Ｖ、Ｗは電流の流れる向きが右回りであるのに対し、Ｕ、Ｖ、Ｗは電流の流れる向きが左回りとなるように、巻き線の巻き方あるいは結線を変えていることを示す。
この実施の形態９は、実施の形態１と極スロット数が異なるが、Ｖ相のティース４本先端の厚みをＵ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相よりも、薄くして、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けることで、構造的な非対称性や磁気的な非対称性より生じるトルク脈動を相殺している。
【００２３】
実施の形態１０．
図１２はこの発明を実施するための実施の形態１０における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図１２において、固定子コア１は、関節型コアであり、１８個のティース１ａと１８個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は１６極（極対数８）である。
また、打ち抜きを略円形で一度に行うのではなく、１８０度分(略半円)を打ち抜いて積層したもの(以下ブロックと称す)を製造する。打ち抜きは、電磁鋼板の圧延方向がブロックの中心に一致するように行う。各ブロックに巻き線した後、２つのブロックを組み合わせて、一円とし、継目部を溶接して固定子コアとする。
フレームは、この例では図示しないが、円形フレームとする。
巻き線は、実施の形態９と同じである。
この実施の形態１０においては、ブロックの端にあたるＵ相とＷ相ティース４本の、ブロック継目側のティース先端のみを細くしてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けることで、２箇所にある継目部の構造的な非対称性や、ブロック中心に圧延方向が一致するために生じる磁気的な非対称性によるトルク脈動を相殺している。
【００２４】
実施の形態１１．
図１３はこの発明を実施するための実施の形態１１における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図１３において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成した等方性電磁鋼板を積層して構成されている。回転子は１０極（極対数５）である。
フレームは、この例では図示しないが、円形フレームとする。
巻き線は、継目位置より左回りに、Ｕ、Ｕ、Ｖ、Ｖ、Ｖ、Ｗ、Ｗ、Ｗとなるようにしてある。
この実施の形態１１は、実施の形態１と極スロット数が異なるが、Ｕ相のティース２本の胴部幅を、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相よりも、細くして、意図的にＵＶＷ間で、ティース形状の非対称性を設けることで、構造的な非対称性や磁気的な非対称性より生じるトルク脈動を相殺している。
【００２５】
実施の形態１２．
図１４はこの発明を実施するための実施の形態１２における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。図１４において、固定子コア１は、関節型コアであり、１２個のティース１ａと１２個のスロット１ｂを形成したコアを積層して構成されている。回転子は１０極（極対数５）である。
フレームは、この例では図示しないが、回転子シャフト５に垂直なフレームの断面形状として、外形、内形ともに円形が予定されたものである（以下、円形フレームと称する）。
巻き線４は、実施の形態１と同じである。
一般に、等方性電磁鋼板でも、圧延方向とその垂直方向で、磁束の通りやすさが異なることが知られており、略円形で電磁鋼板より打ち抜き場合には、圧延方向と垂直方向の磁束の通りやすさの違いによる磁気的な非対称性による、トルク脈動が発生する。
この実施の形態１２においては、この磁気的な非対称性によるトルク脈動を相殺するように、Ｖ相のティース４本のティース胴部中央にかしめダボ９を設けてあり、意図的にＵＶＷ間で、ティース構造の非対称性を設けている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における永久磁石式同期モータの固定子の関節型鉄心を示す説明図である。
【図３】この発明と比較するために開発段階で試作した従来例の永久磁石式同期モータの固定子を示す図１相当図である。
【図４】この発明の実施の形態２における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態５における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態６における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態７における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態８における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態９における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態１０における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態１１における永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態１２おける永久磁石式同期モータの軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  固定子コア
２  継目(溶接部)
３  かしめダボ
４  巻き線(コイル)
５  シャフト
６  回転子コア
７  永久磁石
８  電磁鋼板の圧延方向を示す矢印
９  ティース胴部中央のかしめダボ
１０  フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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